Litopenaeus vannamei, allmänt känd som Stillahavsräkan, är en euryhalinart som uppskattas för sin höga köttutbyte, starka stresstolerans och snabba tillväxt. Det är en av de viktigaste räkarterna som odlas i Kina. För närvarande inkluderar de primära jordbruksmodellerna för L. vannamei i Kina utomhusdammar, små växthusdammar och-högnivådammar. Den inhemska produktionen kan dock fortfarande inte möta marknadens efterfrågan, vilket kräver betydande import. Dessutom har den snabba expansionen av modeller som små växthusbruk avslöjat problem som ett ofullständigt tekniskt ramverk, frekventa sjukdomsutbrott och utmaningar vid rening av avloppsvatten. Mot bakgrund av att förespråka resursbevarande och hållbar utveckling har det återcirkulerande vattenbrukssystemet (RAS), erkänt som en intensiv, effektiv och miljövänlig jordbruksmodell, fått stor uppmärksamhet i branschen de senaste åren.
RAS använder industriella metoder för att aktivt reglera vattenmiljön. Den har låg vattenförbrukning, ett litet fotavtryck, minimal miljöförorening och ger säkra produkter av hög-kvalitet med färre sjukdomar och högre beläggningstäthet. Dess produktion är i stort sett obegränsad av geografi eller klimat. Denna modell har hög resursutnyttjandeeffektivitet och kännetecknas av höga investeringar och hög produktion, vilket representerar en avgörande väg mot en hållbar utveckling av vattenbruksindustrin. För närvarande är inhemsk odling av L. vannamei koncentrerad till kustområden, främst med naturligt havsvatten. Inlandsregioner, som begränsas av tillgången på vattenkällor och miljöbestämmelser, står inför en betydande obalans mellan utbud och konsumentefterfrågan. Att utforska RAS med hjälp av konstgjort havsvatten i inlandsområden har stor betydelse för att försörja lokala marknader och främja regional ekonomisk utveckling. Detta experiment konstruerade framgångsrikt ett inomhus-RAS för L. vannamei i en inlandsmiljö och genomförde en framgångsrik odlingscykel. Metoderna och data om systemkonstruktion, artificiell havsvattenberedning och gårdsförvaltning kan fungera som referens för L. vannamei-odling i inlandet.
1. Material och metoder
1.1 Material
Försöket genomfördes vid Sichuanprovinsen Leiocassis longirostris Original Breeding Farm. Post-larven L. vannamei (P5-stadiet) kom från Huanghua-basen vid Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. och var vid god hälsa. Fodret som användes var märket "Xia Gan Qiang" från Tongwei Group Co., Ltd. Dess huvudkomponenter var: råprotein Större än eller lika med 44,00 %, råfett Större än eller lika med 6,00 %, råfiber Mindre än eller lika med 5,00 %, och råaska Mindre än eller lika med 16,00 %.
1.2 Konstgjord havsvattenberedning
Grundvatten från en brunn användes som källvatten. Det behandlades sekventiellt med desinfektion (blekpulver 30 mg/L, luftat i 72 timmar), resterande kloravlägsnande (natriumtiosulfat, 15 mg/L) och avgiftning [Etylendiamintetraättiksyra (EDTA), 10–30 mg/L] innan det användes för konstgjord havsvattenberedning.
Konstgjort havsvatten med en salthalt av 8 framställdes med användning av havssaltkristaller som huvudingrediens; dess primära komponenter är listade iTabell 1. Livsmedels-CaCl₂, MgSO₄ och KCl användes för att komplettera Ca-, Mg- och K-element. Efter beredning användes NaHCO₃ av livsmedels-kvalitet för att justera den totala alkaliniteten till 250 mg/L (som CaCO₃), och NaHCO₃ tillsammans med citronsyramonohydrat användes för att justera pH till 8,2–8,4.
1.3 RAS-konstruktion
1.3.1 Övergripande designkoncept
Genom att kombinera oberoende design med integrerad applikation, konstruerades ett RAS för L. vannamei med användning av fysisk behandling och biofiltrering i flera-steg. Motsvarande systemdriftsstrategier, protokoll för justering av vattenkvalitet och vetenskapliga utfodringsstrategier implementerades i enlighet med räkornas tillväxtkrav i olika stadier, med sikte på stabil drift, ekonomisk insats och effektiv produktion.
1.3.2 Huvudprocessflöde och tekniska parametrar
Ett befintligt containerbaserat- fiskodlingssystem modifierades för att etablera L. vannamei RAS, bestående av odlingstankar, en kompositskal/partikeluppsamlingsanordning (tre-dränering), biofilter, cirkulationspumpar, etc. Processflödet visas iBild 1.
Systemets totala designade vattenvolym var 750 m³, med en vattenbehandlingssystemvolym på 150 m³ och en effektiv odlingsvolym på 600 m³. Den planerade odlingsbelastningen var 7 kg/m³. De viktigaste tekniska parametrarna är listade iTabell 2.
1.3.3 Strukturell utformning
De sex åttakantiga odlingstankarna var arrangerade i två rader. Med tanke på hanteringsbekvämlighet, miljöstabilitet och investeringskostnader var tankarnas huvudstruktur tegel-betong. Mått var: längd 10,0 m, bredd 10,0 m, djup 1,2 m, med skurna kanter på 3,0 m. Den effektiva vattenvolymen per tank var 100 m³. Tankens botten hade en lutning (16%) mot mittavloppet (Figur 2).
Den trevägsdräneringsanordningen bestod av en central uppsamlare (för döda räkor, skal och stora partiklar), en sedimentationsuppsamlare med vertikalt flöde (för trasiga skal, medelstora partiklar, avföring) och en avloppslåda på sifonsidan- (för fina skal och små-}till{{3}Figur 2).
Ena sidan av konditioneringstanken innehöll en plastram för att samla upp och ta bort skal och partiklar från tankutloppet. Justeringar för kalcium, magnesium, total alkalinitet och pH kan göras i denna tank. Tankvolymen var 20 m³, med en hydraulisk retentionstid på 0,13 timmar.
Cirkulationspumpen var placerad på andra sidan av konditioneringstanken och använde en enkel-pump för energieffektivitet. Baserat på räkors ekologi och belastning var återcirkulationshastigheten dimensionerad till 2–6 gånger/dag. Pumpflödet var 150 m³/h, tryckhöjd 10 m, effekt 5,5 kW.
Borstfiltret var försett med flera filterpåsar. Påsarna kopplades via rörkopplingar till filterinloppet, säkrade med klämmor. Avloppsvatten kom in i påsarna via rör. Påsarna var gjorda av polypropen (PP), fyllda med plastborstemedia, som effektivt fångar upp partiklar större än 0,125 mm. Den elastiska mediatanken bestod av tankkroppen (rektangulär, djup 2 m), gallerramar (parallellt med ytan) och elastiska media installerade på ramarna (Figur 3). Mediet bestod av många plastringar med dubbla-ringar med polyesterfilament, som bildade fiberbuntar fördelade över hela tanken. Dess arbetsprincip innebar att skapa en sedimenteringseffekt med långsamt-flöde via medias avlyssning och att använda biofilmen som bildas på dess yta för att absorbera, sönderdela och omvandla oorganiskt kväve och fosfor.
Biofiltret inkluderade tankkroppen (rektangulär, djup 2 m), luftningskomponenter och bio-media (Figur 4). Luftningsenheten inkluderade luftfördelningsrör. Luft kom in från toppen och släpptes ut från botten, vilket skapade ett helt blandat flödesmönster. Tanken fylldes med Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) media. Genom målinriktad förbättring av nitrifiering och alkalinitetsjustering, fäster ett stort antal nitrifierande bakterier till mediet, förbrukar organiskt material och uppnår ammoniak- och nitritavlägsnande, vilket skapar ett nitrifierande biofilter. Inlopps- och utloppsrör var på motsatta sidor, med en utloppsskärm på innerväggen. I detta försök sattes biofiltrets effektiva volym till 25 % av systemodlingsvolymen, med ett mediafyllningsförhållande på 30 %, med användning av K5-media.
Systemluftning kombinerade mekaniska och rena syremetoder. När löst syre (DO) var högt var mekanisk luftning primärt: med hjälp av en virvelfläkt med högt-tryck och mikroporösa rör av hög-kvalitet som diffusorer för att maximera O₂-överföringseffektiviteten och minska buller. När DO var låg kompletterades ren syreluftning: med hjälp av en syregenerator + mikro-bubbelpropeller. Syregeneratorn producerar en O₂-koncentration över 90 %, spridd via en nano-keramisk skiva i propellern. Under hög belastning fungerade en kombination av syregenerator och syrekon som hjälpluftning, med hjälp av en boosterpump för att skapa syre-övermättat vatten i könen.
1.4 Vattenkvalitetsmätning
Ammoniak- och nitritkoncentrationer (som N) mättes med en Aokedan multi-parametervattenanalysator. Total Suspended Solids (TSS) mättes med hjälp av en Hach DR 900 multi-parameteranalysator.
1.5 Gårdsdrift och systemdrift
Rättegången inleddes den 8 augusti 2022 och varade i 74 dagar. Alla sex tankarna var fyllda. Besättningsstorleken var 961 individer/kg, densiteten cirka 403 individer/m³, totalt 241 800 post-larver. Utfodringsfrekvensen var 6 gånger/dag, med daglig ranson som minskade från cirka 7,0 % (tidigt) till 2,5 % (sent) av uppskattad biomassa.
Systemcirkulationen startade 3 dagar efter-strumpa, initialt med 2 cykler/dag, ökande till 4 cykler/dag senare. Tidigt i försöket skedde daglig dränering, endast påfyllning av vatten som förlorades till dränering och avdunstning. Senare följde tömning efter varje utfodring (1 timme efter), med dagligt vattenutbyte under 10 % av den tidiga-påfyllningsvolymen.
Mekanisk luftning (virvelblåsare) användes initialt. På grund av ökad systembelastning senare användes en kombination av mekanisk luftning, syregenerator + nano-keramisk skiva och syregenerator + syrekon.
DO, temperatur, pH, ammoniak och nitrit i tankarna mättes regelbundet. Räktillväxt och utfodring observerades och registrerades.
1.6 Databehandling och analys
Data organiserades med WPS Office Excel. Grafer skapades med Origin 2021.
Följande formler användes för att beräkna vattenväxlingshastighet (R), foderomvandlingsförhållande (FCR), och överlevnadsgrad (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Där: R är daglig vattenväxlingshastighet (%/d); V, är total utbytt vattenvolym (m3); V är total systemvattenvolym (m³); t är kulturdagar (d). FCRär foderomvandlingsförhållande; W är total inmatning (kg); Wₜ och W₀ är slutlig skördmassa och initial beläggningsmassa (kg). RSär överlevnadsgrad (%); S är totalt antal skördade (individer); N är totalt antal lagerförda (individer).
2. Resultat
2.1 Vattenbyte
Under försöket var det totala vattenutbytet 1 000 m³, med en genomsnittlig dagsväxling på 1,8 %.
2.2 Ammoniak och nitrit
Ammoniakkoncentrationen i tankarna förblev under 1,3 mg/L (utom dag 5), och nitritkoncentrationen förblev under 1,6 mg/L, båda på relativt stabila nivåer (Figur 5).
I det tidiga skedet (första 15 dagarna) minskade tankammoniak snabbt medan nitrit ökade snabbt, vilket tyder på biofilmetablering i biofiltret och omvandling av ammoniak till nitrit. I mitten av-stadiet (15–50 dagar), med ökad tillförsel, förblev ammoniak- och nitritkoncentrationerna stabila, vilket tyder på synkroniserad ammoniak- och nitritoxidation i biofiltret och stabil systemdrift. Efter dag 50 visade både ammoniak och nitrit en nedåtgående trend, vilket möjligen tyder på ökad nitrifikationskapacitet och ett mer moget system. Detta kunde inte bekräftas ytterligare eftersom rättegången avslutades.
Bild 6visar att ammoniaktrenderna i biofiltrets inlopp och utlopp var likartade, men gapet mellan kurvorna ökade gradvis, vilket tyder på förbättrad ammoniakavskiljning. Nitritkurvorna för inlopp och utlopp överlappade nästan varandra och visade inte en övergripande ökande trend, vilket tyder på att systemet bibehöll nitritoxidationskapaciteten till slutet.
2.3 Upplöst syre och total alkalinitet
Som visas iBild 7trots ökande systembelastning höll de kombinerade luftningsmetoderna tanken DO över 6 mg/L. Genom att tillsätta NaHCO₃ bibehölls dessutom den totala alkaliniteten mellan 175–260 mg/L.
2.4 Totalt suspenderat material
Trender i TSS-koncentration vid viktiga systempunkter visas iBild 8. TSS i inflödet till vertikalflödessedimentuppsamlaren och sifonsidolådan (en del av tre-vägsdräneringen) återspeglade TSS-trender i tankarna. Totalt ökade TSS gradvis och stabiliserades under mitten-sena stadier (efter dag 35) och visade en minskande trend genom successiva behandlingsstadier.
2.5 Jordbruksresultat
Den totala besättningen var 241 800 post-larver med en genomsnittlig storlek på 0,52 g, över 6 tankar med en medeldensitet på 403 individer/m³. Efter 74 dagar var den totala skörden 3 012,2 kg, medelstorlek 15,82 g, medelöverlevnad 78,75 %, medelskörd 5,02 kg/m³. Den totala inmatningen var 3 386,51 kg, FCR1.18. Beräknade kostnader (utsäde, foder, hälsoprodukter, elektricitet, konstgjort havsvatten, desinfektion) uppgick till 155 870,6 CNY. Intäkterna från försäljningen av räkor var 192 780,8 CNY, vilket resulterade i en vinst på 36 910,2 CNY för cykeln.
3. Diskussion
Under de senaste åren har RAS blivit en mycket lovande riktning för L. vannamei-odlingen. Detta försök konstruerade ett RAS inklusive odlingstankar, kompositskal/partikeluppsamling, borstfilter, biofilter och luftningsutrustning, och genomförde framgångsrikt en cykel inomhusbruk inomhus.
Jämfört med traditionell RAS är detta system enklare. Strukturellt utelämnade den utrustning som trumfilter och proteinskummare, som har relativt högre fasta kostnader och underhållskostnader. Istället använde den enklare vattenbehandlingsanordningar för att skapa en kompositbehandling på flera nivåer för partiklar och lösta föroreningar, vilket uppnådde bra vattenkvalitetskontroll med enklare processer och lägre kostnad.
Genom att använda olika vattenkvalitetshanteringsmetoder skräddarsydda för olika tillväxtstadier och systembelastningar, höll systemet ammoniak och nitrit under 1,3 respektive 1,6 mg/L, och DO över 6 mg/L, vilket slutligen uppnådde en avkastning på 5,02 kg/m³. Detta är nära resultat från Yang Jing et al. Dessutom kontrollerade vattenbehandlingssystemet den genomsnittliga dagliga växelkursen till 1,8 %, utnyttjade dess reningskapacitet fullt ut och minskade kostnaderna avsevärt.
RAS erbjuder miljöfördelar, produktsäkerhet och färre sjukdomar. På grund av transportbegränsningar har L. vannamei stor marknadspotential inåt landet. Att genomföra RAS för L. vannamei i inlandet ligger i linje med branschtrender. Nuvarande inlandsräkodling är i första hand sötvatten, med avkastning och kvalitet släpar efter marinodling. Att använda konstgjort havsvatten i detta försök åtgärdade delvis denna lucka. Den nuvarande höga kostnaden för artificiellt havsvatten gör det dock nödvändigt att optimera RAS-processer för kväve- och fosforavskiljning för att möjliggöra återanvändning av vatten, vilket är ett effektivt sätt att minska kostnaderna och bör vara ett centralt forskningsfokus för L. vannamei RAS i inlandet.
FCRär en viktig indikator för RAS-prestanda. Det sista FCRpå 1,18 i detta försök är jämförbart med traditionellt intensivt jordbruk. Som ett slutet system ligger RAS fördel i återanvändning av input. Baserat på att förbättra vattenbehandlingskapaciteten, formulera exakta utfodringsstrategier för att sänka FCRbör vara nästa optimeringsfokus.